Лекция 5. Протоколы транспортного уровня

1. Протоколы транспортного уровня

Лекция 5

2. Протоколы транспортного уровня

ТСР (Transmission Control Protocol)
TCP – работает поверх IP, ориентирован на соединение: перед началом передачи
информации проверяет состояние порта удаленного узла.
Для контроля за пересылкой данных использует перезапросы с узла-получателя
(квитирование).
Контрольная сумма рассчитывается для всего пакета, что позволяет обнаруживать
ошибки в поле данных. Реализуется только на оконечных узлах.
Используется для передачи трафика, чувствительного к потерям.
UDР (User Datagram Protocol)
UDP также работает поверх IP. Не ориентирован на соединение. Не контролирует
успешность доставки данных. Контрольная сумма рассчитывается для всего пакета,
что позволяет обнаруживать ошибки в поле данных. Пакеты, данные которых были
повреждены удаляются безвозвратно.
Реализуется только на оконечных узлах.
Используется для передачи трафика, чувствительного к задержкам и мало
чувствительного к потерям)

3. Структура заголовка UDP

4
8
32 бита
16
Порт отправителя
Порт получателя
Длина датаграммы
Контрольная сумма
Данные
Номера портов UDP: 7,9,11,13,15,17,19,37,42,43,53,67,68,69,88,111,
123,161,162,512,513,514,525.

4. Псевдозаголовок UDP

Добавляется к UDP-пакету перед вычислением контрольной суммы.
Нужен для проверки корректности доставки (контрольная сумма
вычисляется на основании заголовка, псевдозаголовка и данных).
Получателю не пересылается.
UDP-пакет дополняется нулям до кратного 16 битам.
На приеме контрольная сумма вычисляется на основе данных
псевдозаголовка, полученных из IP-заголовка, заголовка UDP и поля
данных
IP-адрес отправителя
IP-адрес получателя
00000000
Тип протокола
00010001
Длина UDP-пакета
Без учета псевдозаголовка

5. Структура заголовка TCP

4
8
32 бита
16
Порт отправителя
Порт получателя
Позиция сегмента (порядковый номер первого байта в сообщении)
Первый ожидаемый байт
Смещ.
данных
Резерв
Флаги
Контрольная сумма пакета
Опции и заполнитель
Размер окна
Срочность

6.

• Контрольная сумма TCP также рассчитывается с
использованием псевдозаголовка (поле «тип
протокола» 00000110)
• TCP-сегмент: поток байтов разбивается на сегменты,
каждый из которых передается в одном IP-пакете.
• MSS – максимальный размер сегмента.
Определяется через рекомендуемый размер IPпакетов (MTU).
• Динамическое окно – передача сразу нескольких
сегментов (представляемых в виде байтов) до
получения подтверждения на них. В частности,
используется для реализации механизма медленного
старта.
• RTT – полное время доставки пакетов (от момента
пересылки в сеть до получения подтверждения).
• ACK – подтверждение (квитанция) о доставке пакета.

7. Установление и закрытие соединения

1. Установление соединения
Syn seq 50
Запрос на
саединение
Ask51, syn200
ask201
Syn seq 50
Данные
ask101
seq
Обмен данными.
Возможен дуплекс
ask
Клиент –
активный участник
соединения
Сервер –
пассивный участник
соединения

8.

2. Закрытие соединения
Fin seq 350
Запрос на
разрыв
соединения
Seq 475, ask 351
Fin seq 475, ask 351
Согласие
на разрыв
соединения
ask 475
Клиент –
активный участник
соединения
Сервер –
пассивный участник
соединения

9. Медленный старт

Пропускная способность
Медленный старт
время
Окно перегрузки
таймаут
Режим медленного старта может приводить к явлению глобальной
синхронизации – неэффективного использования полосы пропускания
при синхронном вхождении в медленный старт.

10. Алгоритм RED

RED - Random Early Detection: случайное раннее обнаружение.
Предотвращает предвзятое обслуживание трафика, эффект
глобальной синхронизации, борется с внезапными всплесками
трафика, выравнивает джиттер задержки.
Pотбр.
1
Mср
0
Mmin
Mmax

11.

Базируется на двух основных алгоритмах:
-алгоритм вычисления среднего размера очереди
Mср = Мср(t-1) (1 – 0,5n) + Mt 0,5n ,
где Mср(t-1) – предыдущий средний размер очереди,
Мt – текущий размер очереди,
n экспоненциальный весовой коэффициент
-алгоритм вычисления вероятности отбрасывания пакетов
P
M cp M min
M max
1
M min K
где Мср – средний размер очереди,
Мmin – минимальное пороговое значение среднего размера очереди,
Мmax – максимальное пороговое значение среднего размера очереди,
K – знаменатель граничной вероятности

12. Flow WRED

Модификация алгоритма RED – взвешенное случайное раннее
обнаружение перегрузки на основе потока. Классифицирует пакеты
в зависимости от приоритета, производит мониторинг состояния
активных потоков, корректирует политику отбрасывания пакетов путем
введения коэффициента масштабирования.
Pотбр.
Результат работы WRED
в случае превышения
потоком справедливой
доли ресурсов
Корректировка М max для
потока, превысившего
справедливую
долю ресурсов
1
Результат работы WRED
в случае непревышения
потоком справедливой
доли ресурсов
Mср
0
Mmin
Mmax

13. Версии ТСР

• TCP Tahoe: поддерживает режим медленного старта.
Потерянный пакет и все следующие за ним
пересылаются повторно. Реагирует на ACK
• ТСР Reno: размер окна изменяется циклически.
Поддерживает две фазы изменения размера окна:
медленного старта и избежания перегрузки.
Реагирует на ACK
• TCP New Reno: используется опция выборочного
подтверждения.
• TCP Vegas: изменение размера окна в ответ на
изменение RTT.
• TCP Westwood: использует алгоритм управления
окном перегрузки, основанный на интенсивности
потока данных и текущего значения полосы
пропускания.